Всё из ничего: Как возникла Вселенная

Существует так называемая «плазменная частота», ниже которой излучение не может пройти сквозь плазму без поглощения. На основании наблюдаемой сейчас плотности свободных электронов в нашей Галактике мы можем оценить плазменную частоту – и обнаружим, что к тому моменту, когда Вселенная станет примерно в 50 раз больше нынешнего, основная часть реликтового излучения, оставшегося после Большого взрыва, будет растянута до таких длинных волн (а следовательно, до таких низких частот), что они окажутся ниже плазменной частоты нашей Галактики (супергалактики). После этого фоновое излучение, в сущности, не сможет проникнуть в нашу супергалактику и даже самому дотошному наблюдателю нечего будет наблюдать. Так что и реликтовое излучение тоже исчезнет.

Итак, не будет ни возможности наблюдать расширение Вселенной, ни излучения, которое осталось после Большого взрыва. А как же распространенность легких элементов – водорода, гелия и лития? Ведь это тоже прямые свидетельства Большого взрыва.

И в самом деле, как я уже писал в главе 1, когда мне встречается человек, не верящий в Большой взрыв, я показываю ему карточку, которую всегда ношу при себе. И говорю: «Глядите! Вот он, Большой взрыв!»

Я понимаю, что на первый взгляд картинка очень сложная, но на самом деле она показывает прогноз относительной распространенности гелия, дейтерия, гелия-3 и лития-7 по сравнению с водородом на основании нашего нынешнего представления о Большом взрыве. Верхняя кривая, которая уходит вправо и вверх, показывает прогноз количества (по весу) гелия, второго по распространенности элемента во Вселенной по сравнению с водородом (самым распространенным элементом). Две другие кривые, которые уходят вправо вниз, отражают прогноз количества дейтерия и гелия-3 соответственно, но не по весу, а по числу ядер по сравнению с водородом. Наконец, последняя, нижняя, кривая отражает прогноз распространенности следующего по весу элемента – лития – опять же по числу ядер.

Прогноз распространенности показан как функция предполагаемой полной плотности обычного (состоящего из атомов) вещества в нынешней Вселенной. Если бы ни при каком значении плотности не получалось той комбинации предсказанного обилия элементов, что соответствует нынешним наблюдениям, это было бы сильным доводом против того, что они возникли в результате сверхвысоких температур при Большом взрыве. Обратите внимание, что предсказанная распространенность этих элементов колеблется в пределах почти 10 порядков.

Прямоугольники на каждой кривой отражают допустимый диапазон реальной первичной распространенности этих элементов по оценкам, основанным на наблюдениях старых звезд и горячего газа в нашей Галактике и за ее пределами.

Вертикальная темная полоса показывает область параметров, где все предсказания согласуются с наблюдениями. Трудно представить себе более конкретный довод, нежели соответствие предсказаний и наблюдений для элементов, количество которых может варьироваться на 10 порядков, в пользу того, что все легкие элементы возникли в «печке» Большого взрыва.

Пожалуй, стоит проговорить более четко, какие выводы следуют из этого примечательного соответствия. Только в первые горячие секунды Большого взрыва, при условии что первоначальное количество протонов и нейтронов было именно таким, чтобы в видимых галактиках получилась наблюдаемая сейчас плотность вещества или очень близкая к ней, и что плотность излучения была именно такой, чтобы получилась наблюдаемая сейчас интенсивность реликтового излучения, могли идти те ядерные реакции, которые дали в точности такую распространенность легких элементов – водорода, дейтерия, гелия и лития, которая, как мы полагаем, составила основной строительный материал звезд, заполняющих сегодня ночное небо.

Как сказал бы Эйнштейн, лишь крайне зловредный (а посему, с его точки зрения, невообразимый) Бог мог бы нарочно создать Вселенную, в которой все так однозначно указывает ее происхождение в Большом взрыве, не осуществив сам этот взрыв.

В самом деле, когда в 1960-е гг. было доказано, что предполагаемая распространенность гелия во Вселенной примерно совпадает с величиной, которая получается в расчетах, основанных на предположении, что гелий появился в результате Большого взрыва, это стало одним из важнейших доводов, позволивших концепции Большого взрыва одержать победу над очень популярной тогда стационарной моделью Вселенной, которую продвигали Фред Хойл и его сотрудники.

Однако в далеком будущем все будет иначе. Отметим, что звезды сжигают водород и производят гелий. С момента Большого взрыва и до настоящего времени лишь 15 % всего наблюдаемого во Вселенной гелия могло выработаться в звездах, и это, повторяю, очень убедительный довод, что для получения того, что мы видим сегодня, нужен был Большой взрыв. Но в далеком будущем все будет не так, поскольку родится и умрет много новых поколений звезд.